绝缘层表面极性与纳米沟槽对有机半导体晶相的诱导调控效应

如何实现有机半导体材料中电荷高效传输对于构建高性能的光电器件至关重要。有机场效应晶体管的导电沟道位于紧靠绝缘层的一个或者几个有机半导体分子层内，绝缘层和有机半导体间的相互作用决定了半导体在其界面的晶相生长、分子取向以及膜的形貌，并最终影响半导体的电荷传输性能。

近日，天津大学的胡文平教授（点击查看介绍）和中国科学院化学研究所的甄永刚副研究员（点击查看介绍）团队首次提出绝缘层表面的极性和纳米沟槽对于有机半导体晶态膜晶相的生长具有非常重要的调控作用。

该团队发现聚酰亚胺PI的热前驱体聚酰胺酸PAA薄膜表面具有纳米沟槽。弱极性的并五苯分子与PAA中强极性的-COOH与-CONH-基团具有较强的排斥作用，而与二苯醚单元组成的纳米沟槽具有很强的相互作用，从而有利于并五苯在纳米沟槽内站立生长，并聚集形成有利于电荷传输的正交相。随后，该团队利用PAA作为介电层制备了高性能、低操作电压的并五苯薄膜有机场效应晶体管，器件的性能高达30.6 cm²•V^-1•s^-1，是迄今为止并五苯薄膜器件的最高值，其电荷传输性能可与单晶相媲美，也是有机半导体薄膜最高迁移率的少数例子之一。他们利用高性能的晶体管驱动有机发光二极管阵列，说明PAA绝缘材料在光电领域具有十分重要的潜在价值。

随后他们发现PAA能诱导并四苯、酞菁铜等有机半导体晶态膜高度有序地生长，验证了表面极性和纳米沟槽诱导作用的普适性，为构筑高性能的有机半导体器件提供了一种新的思路和方法。这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。

该论文作者为：Deyang Ji, Xiaomin Xu, Longfeng Jiang, Saeed Amirjalayer, Lang Jiang, Yonggang Zhen, Ye Zou, Yifan Yao, Huanli Dong, Junsheng Yu, Harald Fuchs and Wenping Hu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Surface Polarity and Self-Structured Nanogrooves Collaboratively Oriented Molecular Packing for High Crystallinity toward Efficient Charge Transport.

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 2734, DOI: 10.1021/jacs.6b12153

导师介绍

胡文平

http://www.x-mol.com/university/faculty/26829

甄永刚

http://www.x-mol.com/university/faculty/44768